加州大學(xué)洛杉磯分校亨利·薩姆厄里工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的研究人員領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，開發(fā)出使用三種金屬化合物制成的納米結(jié)構(gòu)，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，增加了燃料電池的效率和耐久性。他們的方案解決了這項(xiàng)技術(shù)一直停滯不前的棘手問題。
加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程專業(yè)副教授，這項(xiàng)研究的首席研究員Yu Huang，將研究成果發(fā)表在6月12日的《科學(xué)》期刊上。
質(zhì)子交換膜燃料電池作為清潔能源技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用包括在零排放汽車上的使用。燃料電池的工作原理是引發(fā)氫燃料和空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電力，而且它們產(chǎn)生的副產(chǎn)品是水而不是傳統(tǒng)汽車排放的污染物和溫室氣體。
發(fā)生在質(zhì)子交換膜燃料電池中的化學(xué)反應(yīng)是由金屬催化的。這些化學(xué)反應(yīng)中有一個(gè)是氧化還原反應(yīng)，它通常使用的鉑作為催化劑。但鉑的高成本一直是阻礙廣泛采用燃料電池的主要因素。科學(xué)家們研究了替代催化劑包括用鉑–鎳化合物，但到目前為止，沒有得到一個(gè)可行的解決方案。
研究人員使用了一種被稱為“表面摻雜”的表面工程技術(shù)，發(fā)明了一個(gè)更高效，更持久以及生產(chǎn)成本更低的燃料電池，他們?cè)陔姵刂秀K鎳納米結(jié)構(gòu)的表面加入了叫做鉬的第三種金屬。這個(gè)變化使合金表面更穩(wěn)定而且能夠防止長(zhǎng)時(shí)間使用過程中鎳和鉑的損失。
這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，鉑鎳鉬表面的納米結(jié)構(gòu)比目前市場(chǎng)上的鉑碳復(fù)合催化劑效率高出81倍。而且這個(gè)三種金屬化合物使用一段時(shí)間之后，仍能保持95%的催化效率，明顯優(yōu)于鉑鎳催化劑66%或更少的催化效率。
“我們發(fā)現(xiàn)第三種過渡金屬的加入，明顯提高了效率和耐久性，降低了成本，”Huang說，他也是加利福尼亞納米技術(shù)研究院的成員。“此外，表明摻雜技術(shù)也可以應(yīng)用于一系列的催化劑中，同時(shí)為環(huán)境保護(hù)，能源生產(chǎn)和化工產(chǎn)品尋找高效催化劑的催化劑工程開辟了一條新路徑。”
